On dégonfle ou pas ? Jusqu’à quel point diminuer la pression de gonflage des pneus?
Ian McDonald, spécialiste de l’innovation en cultures, et Alex Barrie, ingénieur, gestion des sols, MAAARO
L’impact de la machinerie agricole sur le compactage des sols dépend surtout de la teneur en humidité du sol au moment de son passage, ainsi que du poids total, de la charge par essieu et de la pression de gonflage des pneus. En abaissant cette dernière, on réduit l’effet de la machinerie sur le compactage jusqu’ à un point qui est fonction de la capacité des pneus à tolérer et la charge et la vitesse du véhicule en étant sous-gonflés.
La pression des pneus diagonaux ne peut pas être abaissée pour de nombreuses raisons, incluant la technologie utilisée pour ce type de pneu, la manière dont ils sont fixés à la nervure, etc. On peut réduire la pression de gonflage des pneus radiaux, car ils conservent leur intégrité du moment qu’on reste en basse vitesse et qu’on avance en ligne droite. Il n’est pas du tout prudent de rouler sur la route avec des pneus sous-gonflés, ce qui augmente aussi la consommation de carburant et accélère l’usure des pneus. Bien que les systèmes de gonflage et de dégonflage centralisés soient de plus en plus courants, l’industrie des pneus ne s’est pas encore adaptée à la demande des agriculteurs qui souhaitent diminuer la pression des pneus de la machinerie en vue de réduire le compactage des sols durant les travaux au champ. Bon nombre de producteurs agricoles abaissent la pression des pneus ou utilisent des systèmes de gonflage centralisés et acceptent ainsi de risquer de compromettre la garantie sur leurs pneus.
Quand on regarde un pneu qui semble très déformé parce sa pression de gonflage est faible, il apparaît plus large et donne l’impression que le compactage se produit sur une plus grande surface du sol. Lorsqu’on compare les images de la figure 1 ci-dessous, on remarque que les pneus dont la pression est basse semblent plus larges. Alors que les parois latérales débordent et peuvent en fait toucher le sol, on constate à la figure 2 que les pneus moins gonflés sont en fait plus longs et non plus larges en termes d’empreinte de charge. C’est le but poursuivi, car étant donné que le compactage se produit au niveau des roues et qu’on veut le réduire, on ne souhaite pas que la zone compactée soit plus large. Avec l’empreinte plus longue obtenue en réduisant la pression des pneus, la zone qui risque d’être compactée dans le champ sera la même, mais l’impact global est moindre puisque le poids du matériel a été réparti sur plus de pouces carrés dans la même largeur de voie.
Figure 1. Différence visuelle entre des pneus gonflés pour circulation sur la route (à gauche) et dans le champ (à droite) à l’aide d’un système de gonflage centralisé.
De nombreux agriculteurs regardent leurs pneus comme on les voit à droite sur la photo de la figure 1 et ressentent un certain doute. Ils se demandent comment ça peut être efficace. Les agriculteurs qui ont adopté les systèmes de gonflage centralisés ou qui ont pris la décision d’abaisser la pression des pneus et de rouler moins vite sur la route ressentent exactement le contraire. La vue de pneus pleinement gonflés sur de la machinerie agricole les fait frissonner!
Figure 2. Effet des spécifications techniques du pneu et de la pression de gonflage sur l’empreinte exercée par le pneu. (A) Un pneu surgonflé (31 psi) dont la charge par essieu est de 24 500 lb a une empreinte d’une longueur de 20 pouces. (B) Un pneu normalement gonflé (18 psi) ont la charge par essieu est de 24 500 lb a une empreinte d’une longueur de 25 pouces. (C) Un pneu à flexion améliorée ou pneu IF dont la pression de gonflage est de 14 psi et la charge par essieu de 24 500 lb a une empreinte d’une longueur de 29,75 pouces.
À la figure 2, des pneus de dimensions identiques (480/80R50) sont gonflés à différentes pressions dans les exemples A,B et C, avec une charge par essieu de 24 500 lb. Les flèches rouges horizontales sont de même dimension et montrent qu’à mesure que la pression de gonflage diminue, la largeur du pneu demeure la même. On peut constater que la longueur de l’empreinte augmente de 20 % lorsqu’on réduit la pression de gonflage de 31 à 18 psi. L’image C illustrant un pneu IF (flexion améliorée) qui permet de réduire davantage la pression de gonflage montre un accroissement de la longueur de l’empreinte de 33 % comparativement à celle de l’image A. Cette hausse est très significative en matière de compactage, d’amélioration de la consommation de carburtant, de réduction de l’usure et des problèmes des pneus, etc. Il est important de se rappeler que cette faible pression de gonflage risque d’être moins sécuritaire sur la route et qu’elle peut compromettre les garanties.
Une pression de gonflage intermédiaire comme à l’image B de la figure 3 est parfois considérée comme un compromis. Ce compromis est doublement perdant. Selon des études de Matthias Stettler en Suisse, ainsi que d’autres chercheurs, on estime que le poids cible courant d’un maximum de 10 tonnes/essieu pour de la machinerie agricole est trop élevé. Le poids maximum ciblé devrait être de 5 tonnes/essieu et la pression de gonflage ne devrait pas dépasser 15 psi. Il ne sert à rien de chercher un compromis. Au champ, cela augmente la consommation de carburant, ne réduit pas de manière significative le risque de compactage et diminue l’efficacité de la machinerie.
Certains fabricants de pneus fournissent des tableaux où l’on fait la distinction entre la circulation sur la route et celle dans les champs en donnant les pressions de gonflage recommandées selon l’usage (voir figure 3). À remarquer que les valeurs fournies sont basées sur une combinaison de la charge et de la vitesse. Par exemple, dans un cas où la charge par essieu est d’environ 6 000 lb et qu’on souhaite circuler sur la route à 40 mi/h, mais que les travaux dans le champ exigent une vitesse de 6 mi/h, alors le pneu est garanti pour une pression de gonflage de 20 psi sur la route (« A »), mais de 12 psi dans le champ (« B »). Dans cet exemple, la pression de gonflage est réduite de 40 %, ce qui diminue considérablement les risques de compactage sur sol humide.
Figure 3. Tableau illustrant les modifications dans la pression de gonflage des pneus selon la charge et la vitesse. (Image adaptée de Michelin).
Beaucoup de machines agricoles sont achetées avec des pneus diagonaux. Si la charge par essieu dépasse 5 tonnes/essieu sur ce type de machinerie, il est préférable d’utiliser des pneus radiaux. Trop souvent des pneus diagonaux sont utilisés pour les travaux sur des cultures fourragères. On oublie malheureusement que le compactage dans les parcelles de cultures fourragères vivaces peut aussi devenir très problématique.
Comme les agriculteurs sont de plus en plus sensibilisés aux effets néfastes du compactage du sol, ils ont des exigences plus élevées en ce qui a trait à l’équipement utilisé. Nous devons inciter les fabricants de machinerie agricole à concevoir des pneus capables de procurer une empreinte plus longue sous ce matériel de plus en plus lourd. Bien que les coûts de pneus de meilleure qualité, de pneus additionnels ou de systèmes centralisés de gonflage soient élevés, les agriculteurs y trouveront leur compte à long terme et à plusieurs points de vue.
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Written by Ian McDonald, Crop Innovations Specialist, OMAFRA and Alex Barrie, Soil Management Engineer, OMAFRA
The impact of farm equipment causing soil compaction is primarily a function of soil moisture at the time of traffic coupled with the total weight, axle load and tire pressure of the implement. By lowering the tire pressure, we reduce the impact of soil compaction up to a point which is a function of the ability of a tire to tolerate the load and speed in an under-inflated state.
Tire pressures in bias tires cannot be reduced for many reasons including the technology of the tire, how it stays on the bead, etc. Radial tires have the ability to reduce tire pressure and keep the integrity of the tire so long as it occurs under slow speeds operating in a straight line. Reducing tire pressures and running on the road greatly reduces safety and increases fuel consumption and tire wear. Although central inflation/deflation systems (CTIS) are becoming more common, the tire industry is still adjusting to farmers demand for reduced soil compaction through reduced tire pressures during field operations. Many producers are incorporating these reduced tire pressures as a whole or with CTIS systems and accepting that they may be voiding the warranty on the tires.
When you look at a tire that has a significant bulge due to low inflation pressure, it appears to be getting wider and thus the impression is that it makes soil compaction occur over a larger area in the field. Comparing the images in Figure 1 below we see that the low pressure tire looks wider. While the side wall bulges, and may actually touch the soil, Figure 2 points out that tires that are deflated are getting longer, not wider in terms of weight carrying footprint. This is the goal since we have been causing compaction in the wheel track, to reduce compaction we don’t want to make the compacted area wider. With a longer footprint from reduced tire pressure the potential compaction region within the field is the same and the overall impact is lower because we have spread the implement weight over more square inches of area within the same track width.
Figure 1. The visual difference in tires inflated at road (left) and field (right) ratings using CTIS.
Many farmers look at the tires on the right side of Figure 1 and feel queasy. How can that work, they ask themselves? Farmers who have moved to CTIS systems or just made the decision to go with lower inflation pressures and road travel at a slower speed feel the exact opposite. To see a fully inflated sidewall on farm equipment tires makes them shudder!
Figure 2. The impact of tire technology choice and inflation pressure on footprint. (A) An over inflated (31 PSI) tire with an axle load of 24,500 lbs has a footprint length of 20 inches. (B) A tire with standard inflation (18 PSI) and an axle load of 24,500 lbs has a footprint length of 25 inches. (C) An increased flexibility or “IF” tire inflated to 14 PSI with an axle load of 24,500 lbs has a footprint length of 29.75 inches.
In Figure 2 the same sized tire (480/80R50) is inflated at different tire pressures in examples A,B and C at an axle load of 24,500 lbs. The red horizontal arrows are the same width and show that as the inflation pressure declines, the tire stays the same width. Note how the length of the footprint increases by 20% by reducing the tire inflation from 31 to 18 psi.
Image C which is a tire with increased flexibility or “IF” technology allowing further reduction in tire pressure, shows an increase in the footprint length by 33% compared to image A. This is very signficant in terms of the things we are interested in; reduce compaction, increase fuel efficiency, decrease tire wear/failure etc. It is important to recognize that these lower tire pressures may not be safe on the road, and may void your tire warranty.
A median tire pressure such as in image B of Figure 2 is sometimes considered a “trade-off air pressure”. The trade-off is a lose-lose situation. Based on the work by Matthias Stettler of Switzerland and others, it is thought that the common target weight of a maximum of 10T/axle of implement is too high. The targets should be maximum 5T/axle and tire pressures not exceeding 15psi. Trying to find a compromise gets you nothing. In the field this increases fuel use, does not significantly reduce the compaction potential and reduces equipment efficiency.
Some tire manufacturers have come up with tire charts that separate out road and field operations and what the appropriate tire pressures are, such as the chart in Figure 3. Note how the settings are based on a combination of load and speed. As an example, if a farmer has an axle weight of ~6000 lbs and wants to run on the road at 40mph but the field operation is at 6mph, then this tire is warrantied for 20psi on the road (“A”) but down to 12psi in the field (“B”). In this example that is a 40% reduction in tire pressure which will significantly reduce the possibility for soil compaction under wet soil conditions.
Figure 3. A tire chart showing the change in individual tire pressure setting as a function of weight and speed. Image Credit: Adapted from Michelin
There are a significant number of implements being purchased with bias tires. If axle weight exceeds 5T/axle on these types of implements, the preferred choice would be radial tires. Forage equipment is one of the worst culprits for commonly using bias tires. People don’t think about compaction on perennial stands of forage but it can be very problematic.
As farmers have a greater awareness of the impacts of soil compaction, they are demanding more from their equipment. We need to encourage equipment companies to develop designs that allow more rubber to be placed under these ever increasing sized implements. While the price of better or more tires or adapting CTIS systems is hard to stomach, the owner will be rewarded in the long term on many fronts.
